(57)【要約】【課題】単なるアクチュエータによる機械的な動作になじまず、微妙なダンパー効果が必要とされるものに適用できるアクチュエータを提供すること。【解決手段】ダンパー機能付きアクチュエータは、シリンダー内を第１および第２室に区画し各室間を連通しうる連通部を一部に有するピストンと、ピストンに接続されたピストンロッドとを備えた液圧シリンダーと、この液圧シリンダーを作動させる液圧ポンプとが一体に構成されてなる。【選択図】図１
2006189145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー内を第１および第２室に区画し各室間を連通しうる連通部を一部に有するピストンと、ピストンに接続されたピストンロッドとを備えた液圧シリンダーと、この液圧シリンダーを作動させる液圧ポンプとが一体に構成されてなるダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項２】
液圧ポンプが筒状部材と、筒状部材内に同軸に設けられた回転軸と、筒状部材内に設けられ回転軸に同軸に固定された１つ以上のプロペラからなる請求項１に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項３】
プロペラは半径が筒状部材の内径の４８〜４９．５％、コード長が筒状部材の内径の３０〜５８．５％となる対称翼である請求項２に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項４】
プロペラは複数であって、互いに隣接するプロペラの間隔が筒状部材の内径の３０〜６０％である請求項２に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項５】
液圧シリンダーおよび液圧ポンプは、粘性係数が０．０２〜１．０Ｎ・ｓ／ｍ2のオイルによって満たされる請求項２に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項６】
液圧ポンプが筒状部材と、筒状部材内に同軸に設けられた回転軸と、筒状部材内に設けられ回転軸に固定されたらせん状のブレードからなる請求項１に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項７】
筒状部材が液圧シリンダーに並列に設けられる請求項２又は６に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項８】
筒状部材がピストンを貫通するように液圧シリンダー内に収容されてなる請求項２又は６に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項９】
連通部がピストンの外周と液圧シリンダーの内壁との間に形成された間隙からなる請求項１に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項１０】
ピストンは直径が液圧シリンダーの内径の９０〜９８％である請求項９に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項１１】
連通部がピストンの一部に形成された貫通孔からなる請求項１に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項１２】
液圧ポンプが電動モータによって駆動される液圧ポンプである請求項１に記載のダンパー機能付きアクチュエータ。
【請求項１３】
二輪車と、二輪車の操舵を補助するために二輪車に設けられた請求項１に記載のダンパー機能付きアクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動源と、二輪車の姿勢を検出するセンサーと、検出された姿勢に応じてアクチュエータを制御し二輪車の姿勢を安定化させる制御部とを備える操舵安定化機能付き二輪車。
【請求項１４】
センサーは二軸加速度センサーからなり、制御部は、二軸加速度センサーの出力に応じて二輪車の進行方向に直交する方向の傾きと、その傾きが操縦者の意図によって生じたものか或いは外乱によって生じたものかを判断し、二輪車の傾きが外乱によって生じたものであると判断したときに検出された傾きに基づいて二輪車の姿勢を安定化させる請求項１３に記載の操舵安定化機能付き二輪車。
【請求項１５】
制御部は、検出される加速度の周波数に基づいて二輪車に生じる傾きが操縦者の意図によるものか外乱によるものかを判断する請求項１４に記載の操舵安定化機能付き二輪車。
【請求項１６】
二輪車の速度を検出する速度センサーを更に備え、制御部は所定の速度範囲でのみアクチュエータを制御する請求項１３に記載の記載の操舵安定化機能付き二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダンパー機能付きアクチュエータとその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、電動モータ駆動の油圧ポンプによって発生した油圧をピストンに隔てられたシリンダー内の第１室および第２室に選択的に供給することにより、ピストンに接続されたピストンロッドを伸縮作動させる油圧アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、油圧アクチュエータを微妙に作動させるための回路として、油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する電動機と、この電動機に対する回転数と回転方向の指令を出す操作手段と、この操作手段からの指令信号に基づいて電動機の回転数と回転方向を制御する制御手段とを備えた油圧アクチュエータ制御回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１３９１０８号公報
【特許文献２】特開２００４−１３９１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
産業機械や乗り物など、様々な機械の動力源として特許文献１で紹介したような油圧アクチュエータが用いられている。
このような油圧アクチュエータは、油圧ポンプによって発生した油圧をピストンによって第１室および第２室に隔てられたシリンダー内に選択的に伝達することにより、ピストンに接続されたロッドを効率よく伸縮させ対象物を移動させるものである。
【０００５】
また、油圧アクチュエータに微妙な動作を行わせるための回路として油圧アクチュエータ回路も開発されている。
特許文献２で紹介した油圧アクチュエータ回路は、油圧ポンプと油圧アクチュエータを結ぶ両側管路のうち、負荷圧が作用する負荷側管路に制御手段によって制御される制御弁を設け、制御部は操作手段の操作量が予め設定された値以下の微操作域では油圧アクチュエータから出た油が制御弁を通過する流量Ａと、油圧ポンプに吸いこまれる流量Ｂとの関係がＡ＜Ｂとなるように制御弁を制御し、微操作域を超える操作域ではＡ＞Ｂとなるように電動機及び制御弁を制御することにより、微操作域での操作性向上を図っている。
【０００６】
一般に、油圧アクチュエータは大きな力を発生させるのに適しているが、その動作は機械的な大雑把なものであり、油圧アクチュエータに微妙な動作を行わせるには、特許文献２で紹介したような複雑な油圧アクチュエータ回路が必要となる。
このため、油圧アクチュエータは微妙な操作が要求されるものに適用し難いばかりでなく、油圧アクチュエータとその制御回路を一体化し、さらにそれを小型化することは非常に困難であった。
しかし、世の中には単なる油圧アクチュエータのような機械的な動作になじまず、さらにはその設置場所も限られた機械が多く存在している。
【０００７】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、単なるアクチュエータによる機械的な動作になじまず、微妙なダンパー効果が必要とされるものに適用できるアクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、シリンダー内を第１および第２室に区画し各室間を連通しうる連通部を一部に有するピストンと、ピストンに接続されたピストンロッドとを備えた液圧シリンダーと、この液圧シリンダーを作動させる液圧ポンプとが一体に構成されてなるダンパー機能付きアクチュエータを提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、アクチュエータがダンパー機能も兼ね備えるので、単なるアクチュエータによる機械的な動作では操作し難い微妙なダンパー効果を必要とするものに適用できるアクチュエータを提供できる。
また、アクチュエータがダンパー機能を兼ね備えることにより、液圧ポンプが機能しなくなりアクチュエータが能動的に作動しなくなっても、アクチュエータは外力による受動的な作動を許容するので、液圧ポンプの機能損失が重大な事故や危険に繋がる恐れのあるものにも適用できる。
さらに、液圧シリンダーと液圧ポンプが一体化されるので、小型化を図ることができ、設置箇所が限られたものにも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明によるダンパー機能付きアクチュエータは、シリンダー内を第１および第２室に区画し各室間を連通しうる連通部を一部に有するピストンと、ピストンに接続されたピストンロッドとを備えた液圧シリンダーと、この液圧シリンダーを作動させる液圧ポンプとが一体に構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明においてシリンダーとは、中空の筒状体を意味し、一般的には円筒形のものが用いられるが、必ずしも円筒形である必要はなく、楕円形や方形の筒状体が用いられてもよい。
ピストンとは、液圧を受けてシリンダー内を移動し、シリンダー内を第１室と第２室に区画するものを意味し、その形状は特に限定されない。
連通部とは第１室と第２室が連通する部分を意味し、必ずしもピストンに形成されている必要はない。
【００１２】
ピストンロッドとは細長い棒状体であって、ピストンに接続されピストンの移動に従動して軸運動をするものを意味する。
液圧ポンプとは、液圧シリンダーを駆動させるように液圧を発生させることができるものであればよく、その形態は特に限定されない。
また、一体に構成されてなるとは、液圧シリンダーの第１室および第２室、並びに、液圧ポンプの液圧を発生させる液室とが全体として実質的に１つの液室で構成されていることを意味する。
【００１３】
この発明によるダンパー機能付きアクチュエータにおいて、液圧ポンプは筒状部材と、筒状部材内に同軸に設けられた回転軸と、筒状部材内に設けられ回転軸に同軸に固定された１つ以上のプロペラからなっていてもよい。
このような構成によれば、流体中のプロペラの推力によって液圧を発生させるため、過度に強い液圧を発生させることがなく、ダンパー機能付きアクチュエータにふさわしい適切な液圧を発生させることができる。
また、発生させる液圧は、プロペラの枚数を適宜増減することにより、所望の値に設定できる。
なお、プロペラの推力、プロペラ推力によって発生した液圧がピストンに作用する力およびピストンの移動量は以下の式によって求められるが、以下の式は連通部が無い場合に適用される式であり、連通部の開口面積によって適宜実験を行い、最適な値を求める必要がある。
【００１４】
ピストンの移動速度は、プロペラ回転速度に比べて十分に小さいとする。
プロペラ推力Ｔは、
【数１】
2006189145.tif 000003
で与えられる。
ここで、ｂ：プロペラ枚数、Ｒ：プロペラ半径、ｃ：プロペラコード長、
ρ：流体密度、Ω：プロペラ回転速度、ＣL：誘導速度の効果を含んだ揚力係数である。
駆動源（モータ）の必要パワーＰは、
【数２】
2006189145.tif 000004
で与えられる。ここで、ＣL／ＣD：揚抗比である。
ピストンに作用する力は、
【数３】
2006189145.tif 000005
で与えられる。ここで、Ｓ1、Ｓ2はそれぞれ、プロペラ、ピストンを含む流路（シリンダーと筒状部材）の断面積である。
さらに、
【数４】
2006189145.tif 000006
であれば、ピストンに作用する力は、
【数５】
2006189145.tif 000007
で与えられる。
ピストンが移動する際、Ｓ1＝Ｓ2の時のピストンの移動量をＤとする。Ｓ2をｋ倍にすると、ピストンの移動量は１／ｋになる。
【００１５】
液圧ポンプが筒状部材、回転軸およびプロペラからなる上記構成において、プロペラは半径が筒状部材の内径の４８〜４９．５％程度、コード長が筒状部材の内径の３０〜５８．５％程度であってもよい。
これは、後述の試験例で明らかにされるが、ダンパー機能付きアクチュエータに高い出力が要求される場合は、上記の範囲内で、プロペラの半径とコード長を筒状部材の内径に対してそれぞれ大きく設定し、逆に、低い出力が敢えて好ましい場合は、上記の範囲内でプロペラの半径とコード長を筒状部材の内径に対して小さく設定するとよい。
【００１６】
また、液圧ポンプが筒状部材、回転軸およびプロペラからなる上記構成において、プロペラは複数であって、互いに隣接するプロペラの間隔が筒状部材の内径の３０〜６０％程度であることが好ましい。中でも、ダンパー機能付きアクチュエータに高い出力が要求される場合には、互いに隣接するプロペラの間隔を筒状部材の内径の６０％程度に設定することが好ましい。
というのは、プロペラの数をやみくもに増やしても、アクチュエータの出力はさほど増加しないからである。これは、後述の試験例から明らかになったことであり、プロペラの数が増えると後ろ側のプロペラへの流入角が低下し、揚力係数が低下するためと考えられる。
【００１７】
また、液圧ポンプが筒状部材、回転軸およびプロペラからなる上記構成において、液圧シリンダーおよび液圧ポンプは、粘性係数が０．０２〜１．０Ｎ・ｓ／ｍ2程度のオイルによって満たされてもよい。
【００１８】
また、出力を優先する場合は、０．５〜１．０Ｎ・ｓ／ｍ2程度の粘性係数を有するオイルを選択することが好ましい。
これは、後述の試験例から明らかになったことであり、オイルの粘性係数が０．５〜１．０Ｎ・ｓ／ｍ2程度の範囲では、ダンパー機能付きアクチュエータの出力がプロペラの回転数の上昇に比例し高出力が得られるが、逆に、０．０２Ｎ・ｓ／ｍ2程度の低い粘性係数のオイルを使用した場合には、ある一定の回転数までは出力が回転数に比例するものの、ある一定の回転数を超えた時点で出力が頭打ちとなり低下しはじめるからである。
また、高いダンパー効果、すなわち高い抵抗力が要求される場合には、上記の範囲内で粘性係数が高いオイルを選択し、逆に低い抵抗力が好ましい場合には、上記の範囲内で粘性係数が低いオイルを選択するとよい。
【００１９】
この発明によるダンパー機能付きアクチュエータにおいて、液圧ポンプは筒状部材と、筒状部材内に同軸に設けられた回転軸と、筒状部材内に設けられ回転軸に固定されたらせん状のブレードからなっていてもよい。
このような構成によれば、液圧ポンプが超小型のものである場合に、上述のプロペラ推力によって液圧を発生させる方式よりも液圧を発生させる効率が向上する。よって、超小型のダンパー機能付きアクチュエータを構成する場合に特に有利な構成となる。
【００２０】
液圧ポンプが回転軸に固定されたプロペラ、或いは、回転軸に固定されたらせん状のブレードからなる上記形態において、筒状部材は液圧シリンダーに並列に設けられてもよいし、或いは、筒状部材がピストンを貫通するように液圧シリンダー内に収容されてもよい。
これらの構成によれば、簡易な構成で液圧シリンダーと液圧ポンプの一体化を図ることができ、小型のダンパー機能付きアクチュエータとする場合に有利な構成となる。
【００２１】
この発明によるダンパー機能付きアクチュエータにおいて、連通部はピストンの外周と液圧シリンダーの内壁との間に形成された間隙からなっていてもよいし、或いは、ピストンの一部に形成された貫通孔からなっていてもよい。
【００２２】
なかでも、連通部がピストンの外周と液圧シリンダーの内壁との間に形成された間隙からなる構成において、ピストンは直径が液圧シリンダーの内径の９０〜９８％程度であってもよい。
ダンパー機能付きアクチュエータに高い出力と高い応答速度が求められる場合には、間隙が小さくなるように、上記の範囲内でピストンの直径を大きく設定し、逆に、低い出力と緩やかな応答速度が求められる場合には間隙が大きくなるように上記の範囲内でピストンの直径を小さく設定するとよい。
また、高いダンパー効果、すなわち高い抵抗力が要求される場合には、上記の範囲内でピストンの直径を大きく設定し、逆に、小さな抵抗力が好ましい場合には上記の範囲内でピストンの直径を小さく設定するとよい
【００２３】
この発明によるダンパー機能付きアクチュエータにおいて、液圧ポンプは電動モータによって駆動される液圧ポンプであってもよい。
このような構成によれば、電動モータの駆動により液圧が発生するので、所望の液圧を発生させるうえで、電気的な制御が行い易い。
【００２４】
上述の通り、この発明は単なるアクチュエータによる機械的な操作になじまない、微妙なダンパー効果が必要とされるものに適用できるアクチュエータを提供するものであるが、この発明によるダンパー機能付きアクチュエータが好適に用いられるものとしては、例えば、二輪車の操舵機構部が挙げられる。
【００２５】
一般に二輪車は四輪車と比較して不安定な乗り物と言われるが、二輪車は車輪のジャイロ効果、前輪にキャスターアングルがついていること、フロントフォークがステムシャフトに対して前方にオフセットされ、ステムシャフトの延長線と路面との交点と、フロントタイヤと路面との接地点との間に一定の距離の差（トレール）が設けられること、タイヤのプロファイルがラウンド形状であることなどの諸要因により、常に車体が倒れようとする方向にステアリングが自然に切れ、その反作用によって直立した安定状態を保とうとする機能（以下、この明細書において「自動操舵機能」と称する）が備わっている。
そして、不意に車体が外乱等によって倒れた際にも、操縦者は自動操舵機能を補助するように無意識に倒れた方向にステアリングを切って直立状態を保とうとしている。
【００２６】
また、二輪車は操縦者が意図的に重心をずらすことにより車体が傾き、車体の傾きに応じた分だけ自動操舵機能の作用によりステアリングが自然に切れ、二輪車および操縦者の合成重心と二輪車および操縦者に働く遠心力が釣り合った状態となる。したがって、二輪車は旋回中であっても自動操舵機能により安定状態が保たれる。
しかし、二輪車の自動操舵機能は速度が上がるにつれて強く作用する一方で、速度が低くなるにつれて作用し難くなるため、低速域で安定状態を保つためには操縦者のステアリング操作に頼るところが大きくなる。
【００２７】
自転車や自動二輪車等の二輪車は、四輪車よりも経済的で手軽な乗り物であり、また近年は電動アシスト式自転車が急速に普及していることから、利用者の中には高齢者も多く、今後はさらにその増加が予測されている。
しかし、一般に高齢者は自動操舵機能が作用し難い低速域で走行することが多く、身体能力の低下に反してステアリング操作によって安定状態を作り出さなければならない場面が多い。
また、不適切なステアリング操作をしてしまい、かえって不安定な状態をつくりだしている場面も多く見うけられる。
【００２８】
二輪車のステアリング操作は、二輪車に備わっている自動操舵機能と、操縦者が無意識のうちに行っている微妙な操作とのうえに成り立っているものであるから、単なる機械的な動作を行うアクチュエータによって二輪車の操舵を行おうとしても、場面によっては操縦者の意思に反したステアリング操作がなされてしまう恐れがあり、この場合かえって危険性が高まる。
また、二輪車のステアリング操作は自動操舵機能と操縦者の微妙な操作とのうえに成り立っているものであるから、単なる機械的な動作を行うアクチュエータによって二輪車のステアリングを完全に操作することは、現在はもちろん、将来的にも実現不可能であると予測される。
【００２９】
このような観点からして、この発明は、二輪車と、二輪車の操舵を補助するために二輪車に設けられた上述のこの発明によるダンパー機能付きアクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動源と、二輪車の姿勢を検出するセンサーと、検出された姿勢に応じてアクチュエータを制御し二輪車の姿勢を安定化させる制御部とを備える操舵安定化機能付き二輪車を提供するものでもある。
【００３０】
このような操舵安定化機能付き二輪車によれば、二輪車の安定性を保つようにアクチュエータによって操舵を補助し、アクチュエータの操舵補助が操縦者の意思に反したものである場合には、操縦者が操舵力を強めることによりアクチュエータの作用は無力化されて単なるダンパーとなり、操縦者の意思が優先される。
このため、アクチュエータによって操舵を補助することにより、かえって危険な乗り物となってしまうことはなく、特に低速域での安定性の向上に寄与する。
【００３１】
仮に駆動源の機能が失われ、アクチュエータが能動的に機能しなくなっても、アクチュエータは操縦者の操舵による受動的な作動を許容するので、駆動源の機能が失われても操縦者の意思通りに操舵を行うことができ、危険な状態を招くこともない。
さらに、アクチュエータがダンパー機能を備えることにより、アクチュエータが制御されていない際には単なるステアリングダンパーとして機能することとなり、操舵に適度な操作感が生まれることから、操縦者が低速域で必要以上に操舵を行ってしまい、かえって不安定な状態を作り出すことも防止される。
これらの効果により、低速域で走行する機会が多い操縦者でも安心して乗れる安全な二輪車を提供できる。
【００３２】
なお、二輪車は速度が高まるにつれて自動操舵機能が強く作用するようになり、自然に安定状態が強くなる。
したがって、自動操舵機能が強く作用するようになる中速域から高速域では、アクチュエータによって操舵を補助することはあまり意味がないとも考えられる。
このため、アクチュエータの出力を低速域で操舵を補助するにあたって必要となる最小限度の出力に設定すれば、中速域から高速域では二輪車の自動操舵機能による作用がアクチュエータの出力よりも勝ることとなり、この場合、アクチュエータは単なるステアリングダンパーとして機能するので、中速域および高速域でステアリングの振れを収束させるのにも効果を奏する。
【００３３】
なお、この発明による上述の操舵安定化機能付き二輪車において、二輪車とは、駆動源、センサーおよび制御部を有するものであればよく、例えば、自転車、電動アシスト式自転車、または自動二輪車のいずれであってもよい。
駆動源とは、例えば、センサー、制御部およびアクチュエータを作動させる電源などを意味する。
【００３４】
また、二輪車の姿勢を安定化させるとは、例えば、低速走行時において、車体が傾いた際に、車体が傾いた方向に積極的にステアリングが切れるように操舵を補助し、その反作用によって車体を安定状態に回復させることを意味する。
したがって、必ずしも、車体を直立戻すことのみを意味するのではなく、旋回中の傾いた状態にある二輪車に生じた急激な傾きに対して適切な安定状態に回復させることも意味する。
【００３５】
なお、仮に二輪車のハンドルを１[Ｎｍ]以上のトルク、６０[ｄｅｇ]以上の作動角で、２Ｈｚ以上の速さで動かす場合、ハンドルにつけたステーの長さをａ［ｍ］とすると、アクチュエータに求められる性能は以下の式によって表される。
ピストンロッドの移動速度：４πａ［ｍ／ｓ］以上
ピストンロッドが発生する力：１／ａ［Ｎ］以上
ピストンロッドのストローク：ａπ／ａ［ｍ］以上
【００３６】
この発明による上述の操舵安定化機能付き二輪車において、センサーは二軸加速度センサーからなり、制御部は、二軸加速度センサーの出力に応じて二輪車の進行方向に直交する方向の傾きと、その傾きが操縦者の意図によって生じたものか或いは外乱によって生じたものかを判断し、二輪車の傾きが外乱によって生じたものであると判断したときに検出された傾きに基づいて二輪車の姿勢を安定化させてもよい。
ここで二軸加速度センサーとは、二輪車の重力方向（Ｘ軸方向）に対する加速度と、二輪車の進行方向に対して直交する方向（Ｙ軸方向）の加速度をそれぞれ検出するものであり、制御部はＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度を検知し続けることにより、二輪車がその進行方向と直交する方向にどの程度傾いているかを把握することができる。
【００３７】
センサーが二軸加速度センサーからなる上記構成において、制御部は、検出される加速度の周波数に基づいて二輪車に生じる傾きが操縦者の意図によるものか外乱によるものかを判断してもよい。
これは、一般に外乱によって二輪車が傾く際の重力方向に対する加速度は周波数が高く、操縦者の意図によって二輪車が傾く際の加速度は周波数が低いことを利用するものである。
これによって、二輪車に生じた傾きが外乱によって生じたものであると判断した場合にはアクチュエータを作動させて車体を安定化させるように操舵の補助を行い、操縦者の意図によって生じたものであると判断した場合にはアクチュエータを作動させずに単なるダンパーとして選択的に機能させることが可能となる。
【００３８】
また、この発明による上述の操舵安定化機能付き二輪車は、二輪車の速度を検出する速度センサーを備え、制御部は所定の速度範囲内でのみアクチュエータを制御してもよい。
このような制御方法によれば、自動操舵機能が作用し難い低速域でのみアクチュエータによる操舵補助を行い、姿勢の維持に素早く大きな操舵を必要とする極低速域と、自動操舵機能が強く作用する中速域から高速域では制御を行わないことにより、制御部およびアクチュエータの負荷を抑えることができる。
もちろん、このような所定の速度域でのみ制御を行う制御方法は、上述の重力方向に対する加速度の周波数に基づいて二輪車に生じた傾きが外乱によるものか、或いは操縦者の意図によるものかを判断して選択的に制御を行う制御方法と組合わされて適用されてもよい。
【００３９】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。
【実施例】
【００４０】
この発明の実施例によるダンパー機能付きアクチュエータとそれを備えた操舵安定化機能付き自転車について図１〜１０に基づいて説明する。また、実施例によるダンパー機能付きアクチュエータに準じて作製された試験用アクチュエータの試験例について図１１〜図１８に基づいて説明する。
【００４１】
図１は、この発明の実施例によるダンパー機能付きアクチュエータの構造を概略的に説明する分解斜視図、図２は図１に示されるダンパー機能付きアクチュエータが組み立てられた状態を示す一部破断断面図、図３は実施例によるダンパー機能付きアクチュエータの変形例を示す一部破断断面図、図４はプロペラと置換可能な螺旋状ブレードを示す説明図、図５は図１および図２に示されるダンパー機能付きアクチュエータを備えた操舵安定化機能付き自転車の側面図、図６は制御部の構成を示すブロック図、図７および図８はアクチュエータの取り付け部分を示す要部拡大説明図、図９および図１０はアクチュエータが作動してステアリングが切れた状態を示す説明図である。
【００４２】
ダンパー機能付きアクチュエータ
概して、図１及び図２に示されるように、実施例によるダンパー機能付きアクチュエータ１は、シリンダー２内を第１室２ａおよび第２室２ｂに区画し各室間を連通しうる連通部３を一部に有するピストン４と、ピストン４に接続されたピストンロッド５とを備えた油圧シリンダー６と、この油圧シリンダー６を作動させる油圧ポンプ７とが一体に構成されている。
【００４３】
油圧ポンプ７はポンプシリンダー８（筒状部材）と、ポンプシリンダー８内に同軸に設けられた回転軸９と、ポンプシリンダー８内に設けられ回転軸９に固定されスペーサ１０によって所定の間隔に規定された複数のプロペラ１１から構成され、ポンプシリンダー８は油圧シリンダー６に並列して設けられている。油圧シリンダー６とポンプシリンダー８は、それらの両端が第１連通孔１２および第２連通孔１３によってそれぞれ連通され、アクチュエータ１内で実質的に１つの油室を構成している。
【００４４】
なお、シリンダー２、ポンプシリンダー８およびそれらを繋ぐ第１および第２連通孔１２，１３は、１つの金属製のブロック体１４を機械加工することにより形成されており、第１および第２連通孔１２，１３を形成する際にブロック体１４の側面に開口された孔１２ａ，１３ａは、第１栓部材１５および第２栓部材１６が、第１および第２連通孔１２，１３の端部内面に形成された雌ネジ部にＯリングを介してそれぞれ螺合することにより液密に塞がれる。
【００４５】
また、シリンダー２とポンプシリンダー８を形成する際にブロック体１４の側面に開口された孔２ｃ，８ａは、ピストンロッド５と回転軸９を挿通可能とする貫通孔１７ａ，１８ａを有する第１貫通栓部材１７および第２貫通栓部材１８が、シリンダー２およびポンプシリンダー８の端部内面に形成された雌ネジ部にＯリングを介してそれぞれ螺合するによって塞がれる。
なお、第１および第２貫通栓部材１７，１８の貫通孔１７ａ，１８ａの端には作動油の漏れを防ぐための弾性材料からなるリング状のシール部材１９がそれぞれ配されている。
【００４６】
ブロック体１４の長手方向および左右方向の中心には、油圧シリンダー６とポンプシリンダー８を避けるようにブロック体１４の上面から下面へ貫通する貫通孔２０が形成され、貫通孔２０の両端にはベアリング（アンギュラ玉軸受）を圧入させるための窪んだ受け座２０ａが形成されている。
受け座２０ａの深さはベアリング２６の厚さの半分程度であるため、受け座２０ａに圧入されたベアリング２６は、その厚さの半分程度がブロック体１４の上面および下面にそれぞれ突出した状態となる。
受け座２０ａに圧入されたベアリング２６の内輪にはカラー２７が嵌め入れられ、さらにその上からカラー２７にのみ当接しブロック体１４およびベアリング２６の外輪とは当接しないダストカバー２８が被せられる。
ベアリング２６は、後述の操舵安定化機能付き自転車の項で説明するように、ダンパー機能付きアクチュエータ１を自転車のフレームに回動可能に取り付けるためのものである。
【００４７】
油圧ポンプ７の回転軸９は電動モータ（例えば、直流サーボモータ）２１によって駆動される。電動モータ２１は、その回転軸が第２貫通栓部材１８の外に突出した回転軸９の基端に接続用アダプタ２２を介して接続されると共に、フランジ板２１ａが取付用アダプタ２５にボルト留めされる。
電動モータ２１のフランジ板２１ａがボルト留めされた取付用アダプタ２５は、接続用アダプタ２２および第２貫通栓部材１８の突出部分を覆うようにブロック体１４にボルト留めされる。
油圧ポンプ７は電動モータ２１の回転方向を変えてプロペラ推力の方向を変えることにより、異なる方向に油圧を発生させることができ、ポンプシリンダー８内で発生した油圧は第１又は第２連通孔１２，１３を介してシリンダー２の第１室２ａ又は第２室２ｂへ選択的に伝達される。
【００４８】
油圧シリンダー６内にはピストン４とピストン４に接続されたピストンロッド５が配設されている。
ピストン４はシリンダー２の内径よりも若干小さい外径を有し、ピストンロッド５はその先端側に外径の大きな大径部５ａを有し、大径部５ａは中空とされ、中空部分の端にシリンダー２と連通する貫通孔５ｂが形成されている。
シリンダー２の第１室２ａ側の端からはシリンダー２と同軸に芯棒２３が延び、ピストンロッド５の大径部５ａに形成された中空部が芯棒２３に摺動可能に挿入されることにより、ピストン４はシリンダー２の中心軸線上に保持される。
このため、ピストン４の外周とシリンダー２の内壁との間にはピストン４の外径とシリンダー２の内径との差による間隙からなる連通部３が形成される。
【００４９】
ピストン４は、油圧ポンプ７によって発生された油圧が第１連通孔１２を介して第１室２ａへ伝達されると、その油圧を受けて第１室２ａの容積を拡大するようにシリンダー２内を移動する。一方、油圧ポンプ７によって発生された油圧が第２連通孔１３を介して第２室２ｂへ伝達されると第２室２ｂの容積を拡大するようにシリンダー２内を移動する。
【００５０】
ピストン４が移動する際、シリンダー２内の作動油の大半はピストン４に押され、第１又は第２連通孔１２，１３を通ってポンプシリンダー８へ移動するが、作動油の一部はピストン４の移動に抵抗するように連通部３を通り抜け、ピストン４の移動に伴う減衰力が生ずる。
また、ピストン４が第１室２ａの容積を拡大するように移動する際、シリンダー２内の作動油が、ピストンロッド５の大径部５ａの端に形成された貫通孔５ｂを介して大径部５ａ内に流入する。
一方、ピストン４が第２室２ｂの容積を拡大するように移動する際、大径部５ａ内の作動油は芯棒２３によって押し出され、貫通孔５ｂを介してシリンダー２へ排出される。
【００５１】
ピストンロッド５はピストン４に固定されているのでピストン４の移動に従動し、ピストンロッド５の先端は第１貫通栓部材１７の外で移動させる対象物に力を及ぼす。なお、ピストンロッド５の先端には雄ネジ部が形成され、この雄ネジ部に移動させる対象物と揺合可能に係合するためのピロボール２４が螺合している。
【００５２】
試験例
ここで、上述のダンパー機能付きアクチュエータ１の特性を調べるため、作動油の粘度、ピストンの直径、プロペラの枚数（段数）、プロペラのサイズを変更要素とし、これらを種々組合せて行った試験例について説明する。
試験例では、図１１に示されるような、上述のダンパー機能付きアクチュエータ１と略同様の構成を有する試験用のアクチュエータを作製し、アクチュエータが発生する出力と、アクチュエータが生み出す抵抗力についてそれぞれ測定した。
図１１に示される試験用のアクチュエータの諸元は次の通りであり、各部の更なる詳細は表１に示されるとおりである。また、使用した作動油の詳細は表２に示されるとおりである。
【００５３】
試験用アクチュエータの諸元
Ｘ：１００ｍｍ
Ｙ：６０ｍｍ
Ｚ（ブロック体の厚さ）：３０ｍｍ
電動モータ：マブチモーター株式会社製、ＲＳ−５４０ＳＨ
ｄ：２０ｍｍ
ピストン：直径（ａ）が異なる２種（表１参照）
プロペラ：図１２および図１３に示されるプロペラの半径（Ｒ）とコード長（ｃ）がそれぞれ異なる２種（表１参照）
プロペラのピッチ角：取り付け部で０°、翼端で３０°（取り付け部と翼端の間は線形に変化）
プロペラの断面形状：対称翼
作動油：粘性係数と密度がそれぞれ異なる４種（表２参照）
【００５４】
【表１】
2006189145.tif 000008
【００５５】
【表２】
2006189145.tif 000009
【００５６】
出力の測定方法
プロペラのサイズ、プロペラの段数、ピストンの直径を変更要素とし、プロペラの回転数とアクチュエータの出力Ｆａとの関係を測定した。作動油については、表２に示される４種類の作動油を使用した。
回転数の測定には非接触型のデジタル・タコメータ（株式会社小野測器製、ＨＴ−５１００）を用い、出力Ｆａの測定にはＣＰＵゲージ（アイコーエンジニアリング株式会社製、ＭＯＤＥＬ−ＲＸ−１）を使用した。
なお、測定はピストンロッドを動かさず、図１１に示される点Ａの変位が０の状態で行った。
【００５７】
抵抗力の測定方法
図１１に示される点Ａを−Ｘ方向に一定速度Ｖで移動させた時の抵抗力Ｆｄを測定した。速度Ｖはポテンショメータ（株式会社ミドリ測器製、ＧｒｅｅｎＰｏｔ  ＬＰ−２００Ｆ）を用いて測定し、抵抗力ＦｄはＣＰＵゲージ（アイコーエンジニアリング株式会社製、ＭＯＤＥＬ−ＲＸ−１）を用いて測定した。
測定は、作動油として表２に示されるシリコンオイル１、プロペラとして４段のプロペラＢをそれぞれ使用し、以下のケース１〜３について行った。
【００５８】
ケース１
ａ＝１９．６ｍｍのピストンを使用し、プロペラを約７５００回転させた状態で測定。
ケース２
ａ＝１９．６ｍｍのピストンを使用し、プロペラを回転させずにアクチュエータとしての出力が０Ｎの状態で測定。
ケース３
ピストンをアクチュエータから取り去り、プロペラを回転させずに測定。
【００５９】
出力の測定結果
図１４〜１７に、それぞれ（プロペラＡ、Ｎ＝４），（プロペラＡ、Ｎ＝６），（プロペラＡ、Ｎ＝８），（プロペラＢ、Ｎ＝４）の場合の、プロペラ回転速度と発生力Ｆａとの関係を示す。
作動油の粘性係数ηと、ピストンの直径ａとがパラメータである。なお、プロペラに対するレイノルズ数
【数６】
2006189145.tif 000010
は、回転数Ω＝１００００ｒｐｍのときを例にとると、５０（η＝１．０Ｎ・ｓ／ｍ2）〜２×１０3（η＝０．０２Ｎ・ｓ／ｍ2）程度である。
【００６０】
図１４のη＝０．５，１．０Ｎ・ｓ／ｍ2の場合のように、回転数を増加していくと、出力Ｆａが頭打ちになる場合があるが、これは翼が失速し、揚力係数が下がるためと考えられる。
また、図１５〜１７において見られるように、ピストンの直径を大きくすると、出力Ｆａが顕著に増加することが分かる。これは油圧シリンダーとピストンとのクリアランスが小さくなり、シリンダーの壁面とピストンとの干渉が強くなるためと考えられる。
また、図１４〜１６を比較すると、プロペラの段数が増えることによる出力Ｆａの増加は、さほど大きくないことが分かる。これはプロペラの段数が増えていくと、後段翼への流入角が低下し、揚力係数が低下するためと考えられる。
【００６１】
この測定結果から、アクチュエータの出力Ｆａは、プロペラの回転数に比例し、使用する作動油の粘性係数が、ある一定の範囲では高くなるほど増加することが分かった。
また、測定結果を考察すると、より大きな出力をアクチュエータによって発生させるためには、作動油の粘性係数は、０．０２〜１．０Ｎ・ｓ／ｍ2の範囲では０．５Ｎ・ｓ／ｍ2の作動油が好ましく、直径２０ｍｍの油圧シリンダーに対して直径１９．６ｍｍのピストンが好ましく、プロペラは、半径９．９ｍｍ、コード長１１．７ｍｍ、段数４のものが好ましいことが分かった。
【００６２】
抵抗力の測定結果
測定された抵抗力Ｆｄを、変位＝０でのアクチュエータの出力Ｆａと、変位による力Ｆεとの和とする。すなわち、Ｆｄ＝Ｆａ＋Ｆεとなる。
ケース１の場合、Ｆｄ＝８Ｎ＋Ｆεであり、ケース２およびケース３の場合は、Ｆｄ＝Ｆεである。
【００６３】
図１８に、変位速度ＶとＦεとの関係を示す。この図から、ＦεすなわちＦｄとＶは線形関係があるので、アクチュエータは外力に対してダンパーの機能を有していることが分かる。
また、ケース１とケース２との比較から、Ｆεは出力Ｆａによって増加することが分かる。
ケース３はピストンが無い場合の測定結果であり、測定値にはピストンロッドとブロック体との間の摩擦、ピストンロッドに働く流体力が含まれる。ケース１およびケース２の測定値にも、これらの力が含まれている。
ただし、ケース１、ケース２、ケース３では、作動油の流れの様子が異なるので、ピストンロッドに働く流体力は同一ではない。
【００６４】
抵抗力の測定結果から、ダンパーとしての抵抗力を大きくするには、ピストンの直径は大きい方が好ましく、粘性係数は大きい方が好ましいことが分かった。
また、出力を発生させる作動時には、アクチュエータの出力が大きくなるほど、抵抗力も大きくなることが分かった。
【００６５】
測定結果から導かれる理論式
まず、プロペラについて考える。プロペラとポンプシリンダ、隣接するプロペラ間の干渉を無視し、プロペラを開放空間にあるＮ枚の単独プロペラとすると、プロペラ全体が発生する推力Ｔは翼素理論（例えば、「Gessow,A. and Myere,.C.G.:Aerodynamics of the helicopter, College Park Press, 1967.」参照）によって次のように書ける。
【数７】
2006189145.tif 000011
ここで、Ｃlは揚力係数である。
一方、Ｎ段のプロペラが開放空間にあり、Ｎ段のプロペラを半径Ｒの１枚の作動円盤と考える。その際、プロペラ全体が発生する推力Ｔは、単純運動量理論（例えば、「Gessow,A. and Myere,.C.G.:Aerodynamics of the helicopter, College Park Press, 1967.」参照）によって次のように書ける。
【数８】
2006189145.tif 000012
ここで、ｖは無限後流での誘導速度である。式（Ａ１）、（Ａ２）により、
【数９】
2006189145.tif 000013
となる。
次に、ピストンについて考える。ピストンと油圧シリンダとの干渉を無視し、ピストンが一様流速ｖの中にあるとする。ピストンに働く流体力、すなわちアクチュエータの出力Ｆａは、次のように書ける。
【数１０】
2006189145.tif 000014
ここでＣDはピストンの抵抗係数である。
レイノズル数Ｒｅが十分小さい時（例えば、「Hoerner, S.F.: Fluid-dynamic drag， Published by author, 1965.」参照）、
【数１１】
2006189145.tif 000015
であるので、式（Ａ３）〜（Ａ５）より出力Ｆａは次のように書ける。
【数１２】
2006189145.tif 000016
つまり、式（Ａ６）によれば、出力Ｆａは、粘性係数η、プロペラ回転数Ω、ピストンの直径ａ、プロペラ段数Ｎの２乗根、プロペラ半径の２乗根、プロペラのコード長ｃの２乗根に比例する。図１４〜１７において、このような傾向を確認できる。
【００６６】
なお、ダンパー機能付きアクチュエータの更なる小型化を図るうえでは、例えば、図３に示されるような、油圧シリンダー１０６内にポンプシリンダー１０８が収容された構成も有効である。
また、複数のプロペラ１１の代わりとして、図４に示されるような回転軸１０９に固定された螺旋状ブレード１１１が用いられてもよい。
【００６７】
操舵安定化機能付き自転車
概して、図５に示されるように、実施例による操舵安定化機能付き自転車３０は、電動アシスト式の自転車３１と、自転車３１の操舵を補助するために自転車に設けられたダンパー機能付きアクチュエータ１とを有し、自転車３１は、アクチュエータ１を駆動する電源（バッテリ）３２と、自転車３１の姿勢を検出する二軸加速度センサー３３と、検出された姿勢に応じてアクチュエータ１を制御し自転車３１の姿勢を安定化させる制御部３４とを備えている。
自転車３１の電動アシスト方式は、従来のものと同様であるのでその説明については割愛する。以下では主に操舵安定化に関する制御方法とアクチュエータの取り付け構造について説明する。
【００６８】
制御部３４は、図６に示されるような構成からなり、二軸加速度センサー３３によって検出された加速度をその周波数によって分離するバンドパスフィルター３５と、制御プログラムを格納したＲＯＭ３６と、ＲＯＭ３６に格納された制御プログラムに基づいて、自転車３１の姿勢が安定するようにアクチュエータ１を駆動させるうえで必要となる電動モータ２１（図１および図２参照）の回転方向および駆動時間を算出するＣＰＵ３７、および各種設定条件を一時的に格納しておくためのＲＡＭ３８、ＣＰＵ３７の出力をうけて電動モータ２１へ駆動電流を供給するモータドライバー回路５０とから主に構成されている。
【００６９】
二軸加速度センサー３３は自転車３１の重力方向に対する加速度（Ｘ軸方向）と二輪車の進行方向に対して直交する方向（Ｙ軸方向）の加速度をそれぞれ検出するもので、制御部３４はＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度をそれぞれ検知し続けることにより自転車３１がその進行方向に対して直交する方向にどの程度傾いているかを検出する。
制御部３４は、二軸加速度センサー３３によって検出された加速度のうちバンドパスフィルターによって分離された所定の基準値（例えば、２Ｈｚ）以上の高い周波数の加速度を検出した時に、自転車３１に生じた傾きが外乱によって生じたものであると判断し、自転車３１を安定化させるのに必要となる電動モータ２１の回転方向と駆動時間を算出し、モータドライバー回路５０を介してアクチュエータ１の電動モータ２１を駆動させる。
一方、制御部３４は、加速度の周波数が基準値以下である場合には、自転車３１に生じた傾きが操縦者の意図によって生じたものであると判断し、敢えてアクチュエータ１を駆動しない。この場合、アクチュエータ１は単なるステアリングダンパーとして機能することとなる。
【００７０】
図５に示されるように、二軸加速度センサー３３および制御部３４は、自転車３１の上フレーム３９と下フレーム４０との間に設置され、ダンパー機能付きアクチュエータ１は上フレーム３９上に設けられ、アクチュエータ１のピストンロッド５の先端に設けられたピロボール２４は、ステムシャフト４１と従動回転するステムリング４２に取り付けられている。
【００７１】
詳しくは、図７及び図８に示されるように、上フレーム３９にはアクチュエータ１の座台となる上クランプ４３が下クランプ４４と共にボルト４５によって取り付けられ、アクチュエータ１は、ダストカバー２８上からワッシャ４６を介してボルト４７が貫通孔２０に挿通され、ボルト４７の先端が上クランプ４３の中心に形成された雌ネジ部に螺合している。
ここで、ベアリング２６の外輪はアクチュエータ１に対して固定され、ベアリング２６の内輪はカラー２７を介してダストカバー２８およびボルト４７に対して固定される。
これにより、アクチュエータ１はボルト４７を軸として上フレーム３９に対して回動可能に取り付けられる。
一方、ピストンロッド５の先端のピロボール２４は、ステムシャフト４１と従動回転するステムリング４２のステー部４２ａにボルト４８とナット４９により揺動可能に取り付けられる。
【００７２】
図９および図１０に示されるように、アクチュエータ１のピストンロッド５が伸縮するとステアリングは左右に切れ、この際、アクチュエータ１もその動きに追随してボルト４７を軸に回動する。このため、どのようにステアリングが操作されてもアクチュエータ１の取り付け部分に無理な負荷がかかることはない。
【００７３】
例えば、自転車３１の走行中に何らかの外乱により、車体が急速に右に振れた場合、二軸加速度センサー３３は高い周波数の加速度を検出し、制御部３４はその際の車体の傾きに基づいて車体を直立状態に回復させるのに必要な分だけステアリングを右に切るようにアクチュエータ１を制御し、車体はステアリングが右に切れたことによる反作用を受けて直立状態に回復する。
なお、アクチュエータ１によってステアリングが切られた後、車体が直立状態に回復する過程では自転車３１に備わっている自動操舵機能を優先させるため、敢えて制御は行われない。
【００７４】
つまり、制御部３４およびアクチュエータ１は、自転車３１にそもそも備わっている自動操舵機能を積極的に補助、すなわち車体を安定させるきっかけを積極的につくるのみで、それ以上の制御は行わない。
仮に、これ以上の制御を行った場合、自転車３１の自動操舵機能を阻害するばかりでなく、操縦者の意思に反した危険な制御を行うことになりかねない。
制御が行われていない間のアクチュエータ１は、単なるステアリングダンパーとして機能し、ステアリングの振れを収束させるのに役立つ。
また、外乱を受けていない低速走行時にはアクチュエータ１がステアリングダンパーとして機能することから、ステアリングが若干重くなることによる適度な操作感が生まれ、転倒に対する過度の恐怖心から操縦者が必要以上にステアリングを大きく操作することも防止される。
【００７５】
また、操縦者の意思によって操縦者の重心が旋回すべき方向に移動し、それに伴って自転車３１のステアリングが自動操舵機能によって自然に切れつつ車体が傾いていく際には、二軸加速度センサーは低い周波数の加速度を検出し、制御部３４は操縦者の意図によって車体が傾けられたと判断し、アクチュエータ１を制御しない。
【００７６】
仮に、旋回中に二軸加速度センサー３３が外乱による高い周波数の加速度を検知した場合、制御部３４は車体を直立状態に回復させるようにアクチュエータ１を制御するが、車体を傾けて旋回するほどの速度が出ている場合、アクチュエータ１の出力よりも自転車の自動操舵機能の方が強く作用するため、アクチュエータ１の作用は無力化され、アクチュエータ１は単なるステアリングダンパーとして機能することとなる。
これは直線路を高い速度で走行している際に、二軸加速度センサー３３が外乱による高い周波数の加速度を検知した場合も同様である。
【００７７】
自転車３１の電源３２が切れた場合には、アクチュエータ１は単なるステアリングダンパーとして機能するので、低速域では若干ステアリングが重くなるが、電源３２が切れたことによって危険な状態を招くことはない。
【００７８】
なお、発進直後や停止寸前の極低速域の自転車３１は、自動操舵機能が作用し難いので、直立状態を保つには操縦者のステアリング操作に頼るところが大きくなり、これをアクチュエータ１によって補助するには相当の出力及び応答速度、並びに制御部３４の制御速度が必要となる。一方、中速域から高速域で走行中の自転車３１には自動操舵機能が強く作用するため、アクチュエータ１によって制御しなくても自転車３１の姿勢は自然に安定するし、自動操舵機能が強く作用している状態のステアリングをアクチュエータ１によって操舵するにはかなりの出力が必要となる。
【００７９】
このため、制御部３４とアクチュエータ１の負荷を低減させる観点からすれば、自転車３１に設けられている速度センサー（図示せず）を利用して、低速域から中速域までの一定の速度域でのみ制御を行う制御方法も有効である。
また制御部３４とアクチュエータ１の負荷が軽減されることから電源３２の節電も図られることになる。
なお、このような制御方法が用いられる場合、アクチュエータの出力は低速域でステアリングを操作するのに必要となる最小限度の出力に設定されるのが好ましい。
【００８０】
以上、電動アシスト式の自転車３１を例に説明したが、この発明によるダンパー機能付きアクチュエータ１は、制御部およびアクチュエータを駆動させるのに必要な電源を搭載した通常の自転車や、自動二輪車にも当然適用可能である。
また、二輪車以外にも電動三輪車のステアリング操作や、扉の開閉動作を行うアクチュエータにも適用できる。
また、単なるアクチュエータによる機械的な操作になじまず、微妙なダンパー効果が要求されるものに適用できるという利点を生かし、例えば、人の筋力を補助するパワースーツのアクチュエータや、ロボットのアクチュエータなど様々なものに適用できる。
【００８１】
被介護者の姿勢を変化させる介護用ベッドの動力源としても有効である。つまり、介護用ベッドの動力源として通常の電動モータ等を用いた場合、被介護者の姿勢を強制的に変化させることなり、被介護者の身体を痛めてしまうことにもなりかねない。
しかし、この発明によるダンパー機能付きアクチュエータを介護用ベッドの動力源とすれば、被介護者が介護用ベッドの姿勢変化に対して強く抵抗した場合、ダンパー機能により油圧ポンプの出力は無力化され、被介護者の意思が優先されることとなる。
これにより、より安全で、被介護者に優しい介護用ベッドを提供できるようになる。もちろん、介護者の労力や精神的疲労も軽減される。
【００８２】
また、高齢者が利用する四輪の電動シニアカーの操舵機構の補助動力源として、この発明によるダンパー機能付きアクチュエータを用いれば、軽い力で操舵できるようになり、腕力が弱くなった高齢者でもより快適に運転できる電動シニアカーを提供することができる。
この場合、この発明によるダンパー機能付きアクチュエータは、上述の自転車の項でも述べたとおり、運転者の能動的な動作を阻害しないので、アクチュエータを装備することによってかえって危険な乗り物となることもなく、軽い力で操舵できるので、より安全な電動シニアカーとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の実施例によるダンパー機能付きアクチュエータの構造を概略的に説明する分解斜視図である。
【図２】図１に示されるダンパー機能付きアクチュエータが組み立てられた状態を示す一部破断断面図である。
【図３】実施例によるダンパー機能付きアクチュエータの変形例を示す一部破断断面図である。
【図４】プロペラと置換可能な螺旋状ブレードを示す説明図である。
【図５】図１および図２に示されるダンパー機能付きアクチュエータを備えた操舵安定化機能付き自転車の側面図である。
【図６】制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】図５に示される操舵安定化機能付き自転車においてアクチュエータの取り付け部分を示す要部拡大説明図であり、側面から見た状態を示している。
【図８】図５に示される操舵安定化機能付き自転車においてアクチュエータの取り付け部分を示す要部拡大説明図であり、平面的に見た状態を示している。
【図９】アクチュエータが作動してステアリングが左に切れた状態を示す説明図である。
【図１０】アクチュエータが作動してステアリングが右に切れた状態を示す説明図である。
【図１１】試験用アクチュエータの概略的な構成を示す説明図である。
【図１２】試験用アクチュエータに使用されたプロペラの平面図である。
【図１３】試験用アクチュエータに使用されたプロペラの右側面図である。
【図１４】試験用アクチュエータの出力測定結果を示すグラフ図である。
【図１５】試験用アクチュエータの出力測定結果を示すグラフ図である。
【図１６】試験用アクチュエータの出力測定結果を示すグラフ図である。
【図１７】試験用アクチュエータの出力測定結果を示すグラフ図である。
【図１８】試験用アクチュエータの抵抗力測定結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００８４】
１・・・ダンパー機能付きアクチュエータ
２・・・シリンダー
２ａ・・・第１室
２ｂ・・・第２室
２ｃ，８ａ，１２ａ，１３ａ・・・孔
３・・・連通部
４・・・ピストン
５・・・ピストンロッド
５ａ・・・大径部
５ｂ，２０・・・貫通孔
６，１０６・・・油圧シリンダー
７・・・油圧ポンプ
８，１０８・・・ポンプシリンダー
９，１０９・・・回転軸
１０・・・スペーサ
１１・・・プロペラ
１２・・・第１連通孔
１３・・・第２連通孔
１４・・・ブロック体
１５・・・第１栓部材
１６・・・第２栓部材
１７・・・第１貫通栓部材
１８・・・第２貫通栓部材
１９・・・シール部材
２０ａ・・・受け座
２１・・・電動モータ
２１ａ・・・フランジ板
２２・・・接続用アダプタ
２３・・・芯棒
２４・・・ピロボール
２５・・・取付用アダプタ
２６・・・ベアリング
２７・・・カラー
２８・・・ダストカバー
３０・・・操舵安定化機能付き自転車
３１・・・自転車
３２・・・電源
３３・・・二軸加速度センサー
３４・・・制御部
３５・・・バンドパスフィルター
３６・・・ＲＯＭ
３７・・・ＣＰＵ
３８・・・ＲＡＭ
３９・・・上フレーム
４０・・・下フレーム
４１・・・ステムシャフト
４２・・・ステムリング
４２ａ・・・ステー部
４３・・・上クランプ
４４・・・下クランプ
４５，４７，４８・・・ボルト
４６・・・ワッシャ
４９・・・ナット
５０・・・モータドライバー回路
１１１・・・螺旋状ブレード
【図１】
2006189145.tif 000017
【図２】
2006189145.tif 000018
【図３】
2006189145.tif 000019
【図４】
2006189145.tif 000020
【図５】
2006189145.tif 000021
【図６】
2006189145.tif 000022
【図７】
2006189145.tif 000023
【図８】
2006189145.tif 000024
【図９】
2006189145.tif 000025
【図１０】
2006189145.tif 000026
【図１１】
2006189145.tif 000027
【図１２】
2006189145.tif 000028
【図１３】
2006189145.tif 000029
【図１４】
2006189145.tif 000030
【図１５】
2006189145.tif 000031
【図１６】
2006189145.tif 000032
【図１７】
2006189145.tif 000033
【図１８】
2006189145.tif 000034